监控磨矿过程软件设计的问题

国外在优化控制仿真软件方面较早的进行了很多的探索和尝试，并取得了很多的研究成果，且有相应的产品出现，国内在这方面起步比较晚，与国外还有不小的差距，尤其突出表现在很多模型研究都是针对某一工厂具体的工艺流程或生产设备进行数学建模，其研究成果具有很大的局限性，对于其他不同的工艺流程无法直接适用。

文以基于半实物仿真的设计理念，尽可能的复现磨矿生产过程中的硬件设备，采用Matlab很好编程语言进行磨矿过程动态建模;与实际生产过程中所用到的可编程控制器进行通讯，实现对基础回路的控制功能;利用专门的工控组态软件编辑人机界面;采用专家系统、案例推理等方法进行优化控制设定软件的设计和开发。在磨矿过程优化控制的仿真方面做了大量、有效的工作，取得了一定的成果，尽可能的在实验室对磨矿生产过程进行复现。

但是，进行实验室仿真实验研究的一个重要原因是考虑到实验成本较低以及进行实验室研究的不分时间、不受实验地点限制的便利性。文对于磨矿过程优化控制的仿真实验研究提出了很好的设计思想，并取得了不少的研究成果，但是在以下几个方面仍存在着不足和局限。

(1)整套系统涉及到的设备较多。整个系统的正常运行需要包括多台PC机，另外还有一个关键不可缺的设备是价格昂贵的可编程逻辑控制器，这对于规模较小、科研经费不宽裕的实验室来说是个较大的限制。

(2)编程过程中使用的软件较多，对实验人员编程功底要求较高，且在通讯方面要求较为苛刻。其实验系统在编程过程中使用到Controllogix5040梯形图编程软件、Matlab很好编程软件、工业组态软件Rsview32，这三者在其实验系统中缺一不可，这三者在系统运行过程中会涉及到代码编程语言与PLC的通讯、以及代码编程语言与组态软件Rsview的通讯过程。基于这些原因，这就需要实验系统的使用者能够熟练使用这三种编程语言，熟悉其中的各种通讯规范及方法，否则在系统出现问题时很难找到问题的所在，对实验系统的开放性造成一定的局限性和不稳定性。

(3)针对的磨矿生产流程单一。其系统中作为模拟磨矿生产过程动态特性的核心部分—虚拟对象的数学模型采用Matlab很好编程语言，针对以球磨机和螺旋分级机组成一段磨矿回路、球磨机和水力旋流器构成二段磨矿回路的两段式磨矿分级工艺流程为对象进行的建模过程，针对的磨矿生产流程较为单一，无法将其用于其他形式的工艺流程进行实验。

(4)算法的开放性不强，维护困难。其系统中的数学模型以及优化算法是由大段式的代码构成，过程中间变量较多，计算过程繁琐，编写代码以外的人需要花费较大的时间和精力才有可能熟悉其编程思想，进行有针对性的添加、修改等。

(5)综合实验成本较大。利用其系统进行仿真实验的前期准备工作较多，花费较多的时间在系统的启动和协调通讯。对于时间成分来说是个较大的浪费，且需要将过多的精力放在对系统中各部分的熟悉和代码语言的语法纠缠上，而不是放在更有实际意义的算法的研究和改进上。

综上所述，文的仿真实验系统针对性太强，系统构成过分复杂，算法的可扩展性较差，实现起来有诸多方面的限制。针对以上不足，本文继承上述实验系统对优化控制结构上的成熟设想以及其在实验系统中所表现出来的实用功能，进行了磨矿过程优化控制实验系统软件平台的总体规划和设计，包括管理平台、优化平台、控制平台和对象平台，并利用LabVIEW这一很好的软件开发工具成功开发了管理平台、对象平台和控制平台。为磨矿过程优化控制实验系统软件平台的实现打下了一个良好的基础。

本文的主要工作如下:

(1)分析了磨矿过程优化控制实验系统的软件平台的需求，设计了其整体的架构:优化设定子平台、过程控制子平台和对象子平台。在对象子平台中设立对象模型库，用户可以从模型库内选择具体的设备模型组成相应的工艺流程实现对磨矿分级过程的动态特性进行模拟;远程控制方式中由过程控制子平台给出磨矿分级系统中各执行机构的控制指令，实现对磨矿过程的自动控制作用;设计优化设定子平台采用预设定加补偿的方式进行基础回路设定值的优化设定，实现对磨矿分级过程的优化控制。设计软件平台的辅助功能模块，通过对数据库的连接操作实现对用户登录以及用户信息和各类数据的管理。

(2)借助LabVIEW软件开发工具，利用多种很好技术和实用方法，详细开发了对象子平台、过程控制子平台以及辅助功能模块。包括利用与Microsoft Access数据库的连接和操作互访实现对对象模型库以及用户信息等的分类存储;采用移位寄存器技术配合数组的索引操作实现微分方程组的循环求解;通过模型库模型存放位置的路径转化获得模型VI的引用，利用Subpanel(子面板)的动态插入方法加载VI，实现模型的动态调用，利用VI前面板控件的“文本属性节点”进行输入输出控件的赋值和读数，实现模型与对象平台的数据交换;采用生产一消费者结构，在两个循环之间通过队列技术实现对象模型数据的实时存储;采用配置文件读写技术实现过程控制子平台报警限值的设置。

(3)利用该软件平台进行了添加用户实验验证、对对象模型库进行模型的删除和添加实验验证、一段球磨机与螺旋分级机闭路磨矿过程的开环特性实验以及旋流浓度和泵池加水的串级控制实验，验证了本软件平台的对象子平台和过程控制子平台的功能可用、有效，为磨矿过程优化控制实验系统的完整开发打下了一个良好的基础。